1.本发明涉及农作物滴灌施肥技术领域，具体为一种基于农作物分区的滴灌变量调节系统及其方法。
背景技术：2.目前的滴灌设备将肥料混入水对农作物进行滴灌，这样可以将肥料养分施加给作物根部，滴灌系统对作物的灌溉比较全面，较其他灌溉方式而言更节省资源。但小型滴灌系统也主要依靠经验判断打开或关闭系统，这样会对作物的吸收养分造成过多浪费或不足，不能实现精准智能灌溉。且对于大多数作物灌区，作物的灌溉流量是一样的，但随着作物的环境和生长阶段状况的不同，必须对要灌溉施肥区域进行精确划分，所需要的灌溉施肥量也必须是针对划分的区域进行区别对待。
技术实现要素：3.为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种基于农作物分区的滴灌变量调节系统及其方法。
4.本发明采用的技术方案是：一种基于农作物分区的滴灌变量调节系统，包括供水单元、配肥单元、控制单元、监测单元以及水肥混合灌溉单元；所述供水单元包括水箱、连接水箱的供水管路、设置在供水管路上的过滤组件以及水泵，所述供水管路分出两条支路，其中第一供水支路连接配肥单元，第二供水支路连接水肥混合灌溉单元；所述配肥单元包括设置在第一供水支路上的第一电液比例阀、肥液箱、设置在肥液箱出液口的第三电液比例阀、酸液箱、设置在酸液箱出液口的第四电液比例阀以及搅拌箱组成，肥液箱和酸液箱的出液口与第一供水支路混合后连接所述搅拌箱的进口端，通过搅拌箱内的搅拌器混合后连接水肥混合灌溉单元；所述水肥混合灌溉单元包括设置在第二供水支路上的第二电液比例阀、依次设置在搅拌箱的排液管路上的肥泵、第五电液比例阀、以及混合液主管，第二供水支路和排液管路混合后连接所述混合液主管，所述混合液主管通过若干个分区电磁阀连接多个分区支管，每一个所述分区支管均连接滴管和滴灌头；所述的监测单元包括设置在各个分区地块上的土壤监控传感器、摄像头、设置在第一供水支路上的第一水流量计、设置在第二供水支路上的第二水流量计、设置在搅拌箱内的混合液ph检测器和混合液ec检测器以及设置在排液管路上的混合液流量计；所述控制单元用于接收所述监测单元的信号，并输出控制信号至各个电液比例阀、分区电磁阀以及水泵和肥泵的变频器。作为优选方案，所述的供水单元，其供水管路上还设有过滤器、单向阀以及压力表。作为优选方案，所述的监测单元，还包括设置在肥液箱出液口的肥液流量计和设
置在酸液箱出液口的酸液流量计。作为优选方案，所述配肥单元，配肥液时，设定预期达到的肥液浓度，主控制器根据肥液搅拌箱中ec传感器和ph传感器检测到的ec值和ph值，经过ad转换模块与主控制器中的设定值进行比较，动态调整肥液可溶性盐浓度，使实际灌溉ec值和ph值达到作物生长时期最合适的ec值和ph值；同时从搅拌箱里检测到混合液的ec值和ph值分别与设定值做偏差计算，经过控制器分别获取肥液箱和酸液箱的调节量，并由主控制器控制电液比例阀的打开相应的角度。作为优选方案，所述水肥混合灌溉单元，其搅拌箱的排液管路上还设有混合液过滤器。作为优选方案，所述控制单元包括主控制器以及串口外设和总线，若干个用于监测各个分区土壤数据的土壤传感器以及摄像头通过无线传输将获取的数据传输至主控制器，设置在搅拌箱内的混合液ph检测器和混合液ec检测器、以及若干个用于检测水流量、肥液流量和酸液流量的流量计通过总线将数据传输至主控制器，主控制器的控制信号分别通过总线传输至水泵和肥泵的变频器以及各个电液比例阀和分区电磁阀。作为优选方案，所述的主控制器采用stm32单片机。
5.一种基于农作物分区的滴灌变量调节系统的调节方法，步骤如下：s1、通过系统的监测单元获取实时的土壤湿度数据、土壤温度数据、土壤肥力数据、作物环境空气温度数据、作物环境空气湿度数据、光照强度以及作物生长情况的数据信息；s2、利用监测得到的数据信息可以利用偏最小二乘法降维为三维，偏最小二乘法对采集监测到的多指标信息进行降维处理，得到三维数据p(xi，yi，z
j1
，z
j2
，z
j3
)，其中(xi，yi)代表区块的坐标值，每一个区块的z
j1
代表样本j综合因素1，z
j2
代表样本j综合因素2和z
j3
代表样本j综合因素3，整个灌溉区域可根据模糊c均值聚类划分类；s3、根据上述步骤获取分区结果，通过控制单元控制各个分区的电磁阀的关断，通过控制水泵和肥泵的变频器的频率对各个灌溉区域进行精确控制。作为优选方案，在s2步骤中，整个灌溉区域划分类的方法为：s2.1、将代表整个区块的综合因素zj进行归一化处理，式中z
jmax
为数据综合因素中最大的项，z
jmin
为数据综合因素中最小的项，zj为数据综合因素中的任意一项；s2.2、目标函数为聚类分区的目的是使其类内相识度最大，类间相识度最小，这时应使目标函数获得最小值min(j(u
ij
，ci))；s2.3、确定灌溉区域的分类数，指数m的值，确定最大迭代的次数；s2.4、根据上述综合值在[0，1]间任意取隶属度u
ij
，满足综合坐标的点到各分类中心的点和为1，即j＝1，2
…
，n。其中，i代表划分的类别数目，j代表该区域需要划分的元素数目；s2.5、计算中心隶属度值u
ij
代表元素j对类别数目i的隶属程度，m
代表一个模糊化程度的参数；s2.6、更新隶属度u
ij
，式中为到ci之间的距离；s2.7、判断是否满足最小误差，如果没满足结束条件返回s2.4～s2.6重新更新；s2.8、当停止更新类中心ci和隶属度值u
ij
时，再一次计算每一个综合值zj属于每一个类中心的隶属度u
ij
，将隶属度值大的类作为综合值zj就所在的类。作为优选方案，在s3步骤中，每一类都有主控制器控制相应的水肥比例注入管道，由于各个分区共用一个主管道，确定每一组滴灌分区的轮灌时间；每一个分区都有单独的电磁阀控制，当需要控制该区域的灌溉时，对该区域相应的电磁阀打开，由摄像头动态采集作物的数据与土壤检测的数据相结合，分析出缺少肥液的种类并且决策出所需的施肥量；针对每一个灌溉分区配肥液时，设定预期达到的肥液浓度，主控制器根据肥液搅拌箱中ec传感器和ph传感器检测到的ec值和ph值，经过ad转换模块与主控制器中的设定值进行比较，动态调整肥液可溶性盐浓度，使实际灌溉ec值和ph值达到作物生长时期最合适的ec值和ph值；同时从搅拌箱里检测到混合液的ec值和ph值分别与设定值做偏差计算，经过控制器分别获取肥液箱和酸液箱的调节量，并由主控制器控制电液比例阀的打开相应的角度。
[0006]
与现有技术相比，本发明通过创新的结构设计，提供一种由供水单元、配肥单元、控制单元、监测单元以及水肥混合灌溉单元构成的可基于农作物分区的滴灌变量调节系统，该系统配合内部的主控制器可实现采用模糊c均值聚类对作物灌溉区域进行分区管理，并且针对不同的类组采用不同的调节水泵转速方法，节约水肥资源，能达到对区域的精准控制。
附图说明
[0007]
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本发明整个系统的控制示意图；图2为本发明其中一种实施方式的系统结构图；图3为本发明中电液比例阀流量和电压关系图；图4为本发明整个系统的总流程图；图5为本发明其中一种实施方式的区域划分图；图6为本发明其中一种实施方式的分类情况；图7为根据图6的分类情况获取的分类结果示意图。附图标记：1、水箱，2、水泵，3、过滤器，4、单向阀，5、压力表，6、第一电液比例阀，7、第二电液比例阀，8、肥液箱，9、第三电液比例阀，10、肥液流量计，11、第一水流量计，12、酸液箱，13、第四电液比例阀，14、酸液流量计，15、第二水流量计，16、搅拌箱，17、搅拌器，18、
混合液ph检测器，19、混合液ec检测器，20、混合液过滤器，21、肥泵，22、第五电液比例阀，23、混合液流量计，24、分区ⅰ电磁阀，25、土壤监控传感器，26、滴灌头，27、分区ⅱ电磁阀，28、滴管，29、摄像头，30、混合液主管。
具体实施方式
[0008]
下面，通过示例性的实施方式对本发明进行具体描述。然而应当理解，在没有进一步叙述的情况下，一个实施方式中的元件、结构和特征也可以有益的结合到其他实施方式中。
[0009]
需要说明的是：除非另做定义，本文所使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明专利申请说明书以及权利要求书中所使用的“一个”、“一”或者“该”等类似词语不表述数量限制，而是表示存在至少一个。“包括”或者“包含”等类似的词语指出现在“包括”或者“包含”前面的元件或者物件涵盖出现在“包括”或者“包含”后面列举的元件或者物件及其等同，但并不排除其他具有相同功能的元件或者物件。实施例1
[0010]
如图2所示，一种基于农作物分区的滴灌变量调节系统，包括供水单元、配肥单元、控制单元、监测单元以及水肥混合灌溉单元；所述供水单元包括水箱1、连接水箱1的供水管路、设置在供水管路上的过滤组件以及水泵2，所述供水管路分出两条支路，其中第一供水支路连接配肥单元，第二供水支路连接水肥混合灌溉单元，所述的供水单元，其供水管路上还设有过滤器3、单向阀4以及压力表5；所述配肥单元包括设置在第一供水支路上的第一电液比例阀6、肥液箱8、设置在肥液箱出液口的第三电液比例阀9、酸液箱12、设置在酸液箱出液口的第四电液比例阀13以及搅拌箱16组成，肥液箱8和酸液箱12的出液口与第一供水支路混合后连接所述搅拌箱16的进口端，通过搅拌箱16内的搅拌器17混合后连接水肥混合灌溉单元；所述水肥混合灌溉单元包括设置在第二供水支路上的第二电液比例阀7、依次设置在搅拌箱16的排液管路上的肥泵21、第五电液比例阀22以及混合液主管30，第二供水支路和排液管路混合后连接所述混合液主管30，所述混合液主管30通过若干个分区电磁阀连接多个分区支管，图2中为两个分区，其中混合液主管30通过分区ⅰ电磁阀24和分区ⅱ电磁阀27连接多个分区支管，每一个所述分区支管均连接滴管28和滴灌头26，其中滴管28和滴灌头26设置的数量和形式可以根据分区地块内种植作物的面积进行合理确定；所述的监测单元包括设置在各个分区地块上的土壤监控传感器25、摄像头29、设置在第一供水支路上的第一水流量计11、设置在第二供水支路上的第二水流量计15、设置在搅拌箱内的混合液ph检测器18和混合液ec检测器19以及设置在排液管路上的混合液流量计23，还包括设置在肥液箱8出液口的肥液流量计10和设置在酸液箱12出液口的酸液流量计14；所述控制单元用于接收所述监测单元的信号，并输出控制信号至各个电液比例阀、分区电磁阀以及水泵和肥泵的变频器。
[0011]
本方案中，所述配肥单元在配肥液时，设定预期达到的肥液浓度，主控制器根据肥
液搅拌箱中ec传感器和ph传感器检测到的ec值和ph值，经过ad转换模块与主控制器中的设定值进行比较，动态调整肥液可溶性盐浓度，使实际灌溉ec值和ph值达到作物生长时期最合适的ec值和ph值；同时从搅拌箱里检测到混合液的ec值和ph值分别与设定值做偏差计算，经过控制器分别获取肥液箱和酸液箱的调节量，并由主控制器控制电液比例阀的打开相应的角度。
[0012]
本实施例中，如图2所示，所述水肥混合灌溉单元，其搅拌箱16的排液管路上还设有混合液过滤器20。
[0013]
本实施例中，如图1所示，所述控制单元包括主控制器以及串口外设和总线，若干个用于监测各个分区土壤数据的土壤传感器以及摄像头通过无线传输将获取的数据传输至主控制器，设置在搅拌箱内的混合液ph检测器和混合液ec检测器、以及若干个用于检测水流量、肥液流量和酸液流量的流量计通过总线将数据传输至主控制器，主控制器的控制信号分别通过总线传输至水泵和肥泵的变频器以及各个电液比例阀和分区电磁阀；其中，所述的主控制器可以采用stm32单片机。
[0014]
对作物的种植范围做定位进行区域划定，根据种植地的土壤类型，土壤肥力数据的测定，不同作物的生长特征和水分养分需求确定相应的模型，建立不同作物在其生长的不同阶段所需的养分和水分的数据库。系统通过监测可采集到的数据有土壤湿度数据，土壤温度数据，土壤肥力数据，作物环境空气温度数据，作物环境空气湿度数据，光照强度等信息。通过摄像头观测作物生长情况，提取作物的根、茎、叶等外形特征，将观测到的数据与系统存入数据库的数据进行对比，得出代表作物生长状况的综合值。用集合其中r代表采集到的多维数据，l1代表土壤湿度数据，l2代表土壤温度数据，l3代表土壤肥力数据，l4代表作物环境空气温度数据，l5代表作物环境空气湿度数据，l6光照强度，l7代表作物生长情况综合值；t代表在一天中采集到某时间段内平均值的次数。
[0015]
使用偏最小二乘法对采集监测到的多指标信息进行降维处理，得到三维数据，最后可以得到代表每一个区块的z1综合因素1，z2综合因素2和z3综合因素3。划分大范围的方法取每个分区的综合坐标和作物生长状况的综合值，组成p(xi，yi，z
j1
，z
j2
，z
j3
)。其中(xi，yi)代表每一块分区综合的坐标，z
j1
代表每一块分区样本j的作物生长状况的综合因素1，zj2代表每一块分区样本j的作物生长状况的综合因素2，z
j3
代表每一块分区样本j的作物生长状况的综合因素3。本实施例如图5区域图所示，所述混合液主管30连着24个区块，某时刻的代表区块的坐标和综合因素值分别为(1，1，20.13，15.68，5156.68)、(1，2，20.02，15.58，5158.56)、(1，3，21.89，14.08，5159.52)、(1，4，21.66，14.27，5148.26)、(1，5，22.15，14.17，5145.26)、(1，6，21.04，15.12，5162.65)、(2，1，22.04，15.52，5160.65)、(2，2，22.62，14.21，5139.25)、(2，3，22.82，13.21，5145.25)、(2，4，20.68，14.68，5186.58)、(2，5，20.06，15.12，5167.98)、(2，6，20.36，15.32，5177.98)、(3，1，21.06，14.32，5168.98)、(3，2，21.72，14.92，5169.85)、(3，3，19.06，14.89，5158.85)、(3，4，21.03，15.03，5168.98)、
(3，5，21.13，15.23，5175.98)、(3，6，22.36，15.42，5169.98)、(4，1，19.36，15.89，5184.85)、(4，2，18.56，14.75，5175.32)、(4，3，19.63，15.56，5178.36)、(4，4，19.54，16.65，5163.25)、(4，5，20.56，15.87，5169.36)、(4，6，22.36，14.23，5165.54)。如图6，整个灌溉区域可根据模糊c均值聚类划分成四类，其步骤为：s1、将代表整个区块的综合因素zj进行归一化处理，式中z
jmax
为数据综合因素中最大的项，z
jmin
为数据综合因素中最小的项，zj为数据综合因素中的任意一项；s2、目标函数为聚类分区的目的是使其类内相识度最大，类间相识度最小，这时应使目标函数获得最小值min(j(u
ij
，ci))；s3、确定灌溉区域的分类数，指数m的值，确定最大迭代的次数；s4、根据上述综合值在[0，1]间任意取隶属度u
ij
，满足综合坐标的点到各分类中心的点和为1，即j＝1，2
…
，n。其中，i代表划分的类别数目，j代表该区域需要分区的数目；s5、计算中心隶属度值u
ij
代表元素j对类别数目i的隶属程度；m代表一个模糊化程度的参数；s6、更新隶属度u
ij
，式中为到ci之间的距离；s7、判断是否满足最小误差，如果没满足结束条件返回s4～s6重新更新；s8、当停止更新类中心ci和隶属度值u
ij
时，再一次计算每一个综合值zj属于每一个类中心的隶属度u
ij
，将隶属度值大的类作为综合值zj就所在的类。
[0016]
将分组的数据按其作物所需情况分成四类，经过多次迭代得到最小的目标函数。在本实施例中，数据经过模糊c均值聚类可以得出每一个区块的分类归属，如图6所示，表示每一个区块的分类结果，结果如图7所示，其中序号1中，其数目为4，类占比16.67％；序号2中，其数目为5，类占比20.83％；序号3中，其数目为6，类占比25.00％；序号4中，其数目为9，类占比37.50％。每一类都有主控制器控制相应的水肥比例注入管道，由于各个分区共用一个主管道，确定每一组滴灌分区的轮灌时间。每一个分区都有单独的电磁阀控制，当需要控制该区域的灌溉时，对该区域的相应的电磁阀打开，如图7中的序号1，有四个区域块被分成一类，相应的控制该四个区域的电磁阀这时应打开，其余电磁阀应该关闭。
[0017]
由摄像头动态采集作物的数据与土壤检测的数据相结合，分析出缺少肥液的种类并且决策出所需的施肥量。当需要施肥时，启动配肥程序并实时检测混合液中的数据，通过调用控制子程序，输出对应电液比例阀的打开相应的角度对混合液进行调配。
[0018]
配肥过程中，设定预期达到的肥液浓度和体积，打开配肥箱8的第三电液比例阀9，通过肥液流量计10的监测流入搅拌箱16的肥液量，当需要打开另外一个肥液箱时，可与肥
液箱8按比例注入搅拌箱16。注入搅拌箱的水从水箱1，经过水泵2提供动力，途中经过过滤器3可过滤掉杂质，使肥液中的纯度得到保证，水管中有压力表5可检测水管中压力，当水管中压力过大时，水泵2转速减缓乃至停止工作，保护水泵以免被烧坏。
[0019]
通过第一电液比例阀6和水泵2的配合可以调节水的流出量，并由第一水流量计11监测注入搅拌箱16水的流量。当到达预定体积的3/4时，这时搅拌箱中已有部分水和肥液的混合物，打开搅拌器17直至整个配肥过程结束，使水和肥液充分融合，打开搅拌器17后通过肥液ph检测器18、肥液ec检测器19读取搅拌箱16内的ec值和ph值。
[0020]
进一步的，对读取后的实际数值与期望的设定值作偏差，对被控对象控制的肥液电液比例阀、酸液电液比例阀和调节水的电液比例阀进行pwm控制，由主控制器分别控制电液比例阀的打开相应的角度。调整混合液中的ph值和ec值，使混合液实际浓度和酸碱度对作物生长最有利。当完成配肥过程，根据农作物生长模型状况按照一定的水肥比例灌溉入农作物根部，使农作物能得到精确养分。
[0021]
如图4流程图所示，系统可以分为施肥和注水部分，这两个部分也可以使互相配合或者单独实施注水部分。当单独实施注水时，可关闭肥泵21，打开水泵2，根据分区归类调节变频器频率，控制第二电液比例阀7的打开相应的角度；当决策需要两部分配合的时候，需要先打开水泵2的时间t1，然后关水泵2，打开肥泵21的时间t2，最后在打开水泵2的时间t3；在混合液和水按比例滴入作物后，可使用水注入搅拌箱并且打开肥泵21，这时应关闭各区域电磁阀，利用水清洗搅拌箱的混合液并排出，以备下一次配肥使用。结合检测得到作物缺少养分和水分情况，当某一分区读取数据小于设定值时，打开水泵2和肥泵21，由水泵电机转速公式，可以得到转速和频率的关系，n＝60f/p，f表示输入水泵电机的频率，p表示水泵电机极对数。根据调节变频器的频率得到相应的转速输出一定的水流量和肥液流量，相应的电液比例阀也应该打开到相应的角度；水泵的流量由变频器调节，当切换分区时，系统需计算分区的区块大小，决策水泵的输出流量，在没达到输出流量设定值时，变频器的输入频率增大。在水泵的输出通道有压力表5，可监测管道内的压力，并且反馈到变频器，利用变频器的恒压功能保持灌溉时管道内压力恒定。
[0022]
需要说明的是：电液比例阀控制的管道流量和电压的关系如图3所示，横坐标控制电压由小到大有死区、工作和饱和三种状态，当电压小于umin时，阀门处于关闭状态。当电压大于umax时，阀门处于全开状态，故要控制电液比例阀的流量需控制电压的大小在工作区域成线性变化即可；
[0023]
通过实验可以建立电液比例电磁阀阀芯角位移和输入电压之间的对应关系，分别实际测出阀芯角位移在0
°
，10
°
，20
°
，30
°
，40
°
，50
°
，60
°
，70
°
，80
°
，90
°
相应的输出电压值，根据实验数据并利用最小二乘法对数据进行分析，求出对应的线性拟合方程。即系统中所求的是肥液电液比例阀，酸液电液比例阀以及控制水流量的电液比例阀与输出电压之间的函数关系。通过控制该滴灌系统，结合监测部分所得到的数据，对灌溉区域进行分区，针对不同的区域决策不同的灌溉肥料浓度和水分，使作物能得到所需的养分和水分。
[0024]
应当指出，虽然通过上述实施方式对本发明进行了描述，然而本发明还可以有其
他的多种实施方式。在不脱离本发明精神和范围的前提下，熟悉本领域的技术人员显然可以对本发明做出各种相应的改变和变形，但这些改变和变形都应当属于本发明所附权利要求及其等效物所保护的范围内。
技术特征：1.一种基于农作物分区的滴灌变量调节系统，其特征在于：包括供水单元、配肥单元、控制单元、监测单元以及水肥混合灌溉单元；所述供水单元包括水箱、连接水箱的供水管路、设置在供水管路上的过滤组件以及水泵，所述供水管路分出两条支路，其中第一供水支路连接配肥单元，第二供水支路连接水肥混合灌溉单元；所述配肥单元包括设置在第一供水支路上的第一电液比例阀、肥液箱、设置在肥液箱出液口的第三电液比例阀、酸液箱、设置在酸液箱出液口的第四电液比例阀以及搅拌箱组成，肥液箱和酸液箱的出液口与第一供水支路混合后连接所述搅拌箱的进口端，通过搅拌箱内的搅拌器混合后连接水肥混合灌溉单元；所述水肥混合灌溉单元包括设置在第二供水支路上的第二电液比例阀、依次设置在搅拌箱的排液管路上的肥泵、第五电液比例阀、以及混合液主管，第二供水支路和排液管路混合后连接所述混合液主管，所述混合液主管通过若干个分区电磁阀连接多个分区支管，每一个所述分区支管均连接滴管和滴灌头；所述的监测单元包括设置在各个分区地块上的土壤监控传感器、摄像头、设置在第一供水支路上的第一水流量计、设置在第二供水支路上的第二水流量计、设置在搅拌箱内的混合液ph检测器和混合液ec检测器以及设置在排液管路上的混合液流量计；所述控制单元用于接收所述监测单元的信号，并输出控制信号至各个电液比例阀、分区电磁阀以及水泵和肥泵的变频器。2.根据权利要求1所述一种基于农作物分区的滴灌变量调节系统，其特征在于：所述的供水单元，其供水管路上还设有过滤器、单向阀以及压力表。3.根据权利要求1所述一种基于农作物分区的滴灌变量调节系统，其特征在于：所述的监测单元，还包括设置在肥液箱出液口的肥液流量计和设置在酸液箱出液口的酸液流量计。4.根据权利要求1所述一种基于农作物分区的滴灌变量调节系统，其特征在于：所述配肥单元在配肥液时，设定预期达到的肥液浓度，主控制器根据肥液搅拌箱中ec传感器检测到的ec值和ph值，经过ad转换模块与主控制器中的设定值进行比较，动态调整肥液可溶性盐浓度，使实际灌溉ec值达到作物生长时期最合适的ec值；同时从搅拌箱里检测到混合液的ec值和ph值分别与设定值做偏差计算，经过控制器分别获取肥液箱和酸液箱的调节量，并由主控制器控制电液比例阀的打开相应的角度。5.根据权利要求1所述一种基于农作物分区的滴灌变量调节系统，其特征在于：所述水肥混合灌溉单元，其搅拌箱的排液管路上还设有混合液过滤器。6.根据权利要求1所述一种基于农作物分区的滴灌变量调节系统，其特征在于：所述控制单元包括主控制器以及串口外设和总线，若干个用于监测各个分区土壤数据的土壤传感器以及摄像头通过无线传输将获取的数据传输至主控制器，设置在搅拌箱内的混合液ph检测器和混合液ec检测器、以及若干个用于检测水流量、肥液流量和酸液流量的流量计通过总线将数据传输至主控制器，主控制器的控制信号分别通过总线传输至水泵和肥泵的变频器以及各个电液比例阀和分区电磁阀。7.根据权利要求6所述一种基于农作物分区的滴灌变量调节系统，其特征在于：所述的主控制器采用stm32单片机。
8.根据权利要求1所述一种基于农作物分区的滴灌变量调节系统的调节方法，其特征在于：s1、通过系统的监测单元获取实时的土壤湿度数据、土壤温度数据、土壤肥力数据、作物环境空气温度数据、作物环境空气湿度数据、光照强度以及作物生长情况的数据信息；s2、利用监测得到的数据信息可以利用偏最小二乘法降维为三维特征，偏最小二乘法对采集监测到的多指标信息进行降维处理，得到三维特征数据p(x
i
，y
i
，z
j1
，z
j2
，z
j3
)，其中(x
i
，y
i
)代表区块的坐标值，每一个区块的z
j1
代表样本j的综合因素1，z
j2
代表样本j综合因素2和z
j3
代表样本j综合因素3，整个灌溉区域可根据模糊c均值聚类划分类；s3、根据上述步骤获取分区结果，通过控制单元控制各个分区的电磁阀的关断，通过控制水泵和肥泵的变频器的频率对各个灌溉区域进行精确控制。9.根据权利要求7所述的调节方法，其特征在于：在s2步骤中，整个灌溉区域划分类的方法为：s2.1、将代表整个区块的综合因素z
j
进行归一化处理，式中z
jmax
为数据综合因素中最大的项，z
jmin
为数据综合因素中最小的项，z
j
为数据综合因素中的任意一项；s2.2、目标函数为聚类分区的目的是使其类内相识度最大，类间相识度最小，这时应使目标函数获得最小值min(j(u
ij
,c
i
))；s2.3、确定灌溉区域的分类数，指数m的值，确定最大迭代的次数；s2.4、根据上述综合值在[0，1]间任意取隶属度u
ij
，满足综合坐标的点到各分类中心的点和为1，即其中，i代表划分的类别数目，j代表该区域需要划分的元素数目；s2.5、计算中心隶属度值u
ij
代表样本元素j对类别数目i的隶属程度，m代表一个模糊化程度的参数；s2.6、更新隶属度u
ij
，式中为到c
i
之间的距离；s2.7、判断是否满足最小误差，如果没满足结束条件返回s2.4～s2.6重新更新；s2.8、当停止更新类中心c
i
和隶属度值u
ij
时，再一次计算每一个综合值z
j
属于每一个类中心的隶属度u
ij
，将隶属度值大的类作为综合值z
j
就所在的类。10.根据权利要求8所述的调节方法，其特征在于：在s3步骤中，每一类都有主控制器控制相应的水肥比例注入管道，由于各个分区共用一个主管道，确定每一组滴灌分区的轮灌时间；每一个分区都有单独的电磁阀控制，当需要控制该区域的灌溉时，对该区域的相应的电磁阀打开，由摄像头动态采集作物的数据与土壤检测的数据相结合，分析出缺少肥液的种类并且决策出所需的施肥量；针对每一个灌溉分区配肥液时，设定预期达到的肥液浓度，主控制器根据肥液搅拌箱中ec传感器和ph传感器检测到的ec值和ph值，经过ad转换模块与主控制器中的设定值进行
比较，动态调整肥液可溶性盐浓度，使实际灌溉ec值和ph值达到作物生长时期最合适的ec值和ph值；同时从搅拌箱里检测到混合液的ec值和ph值分别与设定值做偏差计算，经过控制器分别获取肥液箱和酸液箱的调节量，并由主控制器控制电液比例阀的打开相应的角度。
技术总结一种基于农作物分区的滴灌变量调节系统及其方法，该系统包括供水单元、配肥单元、控制单元、监测单元以及水肥混合灌溉单元，其中监测单元包括设置在各个分区地块上的土壤监控传感器、摄像头、设置在第一供水支路上的第一水流量计、设置在第二供水支路上的第二水流量计、设置在搅拌箱内的混合液pH检测器和混合液EC检测器以及设置在排液管路上的混合液流量计；所述控制单元用于接收所述监测单元的信号，并输出控制信号至各个电液比例阀、分区电磁阀以及水泵和肥泵的变频器。该系统配合内部的主控制器可实现采用模糊c均值聚类对作物灌溉区域进行分区管理，并且针对不同的类组采用不同的调节水泵转速方法，节约水肥资源，能达到对区域的精准控制。到对区域的精准控制。到对区域的精准控制。
技术研发人员：赵龙 方宇 邱兆美 马腾飞 师翊 张亚坤 周罕觅 李佳佳
受保护的技术使用者：河南科技大学
技术研发日：2022.03.22
技术公布日：2022/7/5
